含铅易切削钢的冶炼工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种含铅易切削钢的冶炼工艺，包括原材料的选择及加入方法：按照材料成分进行配料，使用工业纯铁作为原料，在熔化前加入炉中；装料：先在坩埚底部装入底渣；熔化：装料完毕后送电熔化；还原精炼；成分调整；出钢浇铸；脱模和冷却：浇铸后静置脱模，脱模后冷却；锻造开坯；电渣重熔。发明所提供的冶炼工艺所得到的钢锭表面质量好，如表面光洁，无疏松、无缩孔等的缺陷，并增加了钢的致密度，细化了晶粒，提高了钢材的塑性、韧性、横向机械性能，减小了钢材的各项异性；同时提高了生产效率。
【专利说明】含铅易切削钢的冶炼工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢的冶炼工艺，尤其涉及一种含铅易切削钢的冶炼工艺。
【背景技术】
[0002] 易切削钢（简称易切钢）是通过加入适量的能改善可切削性的化学元素（称易切 削元素），从而获得良好切削加工性能的钢种。按易切削元素分类，目前的易切削钢种类主 要有硫易切削钢、铅易切削钢、钙易切削钢、钛易切削钢和复合易切削钢。
[0003] 其中铅易切削钢中的铅在易切削钢中含量一般< 0. 35%，有单独加铅和复合加铅 的。铅在钢中一般以1?2μm的球状颗粒单独存在，或附着在硫化物等夹杂物上，因而其 大小和分散均匀程度成为制钢的关键所在。铅易切削钢在切削加工过程中，切削刀具和铁 屑之间产生强烈的摩擦，使分布在钢中的铅微粒呈熔融状态析出，产生润滑，起减摩作用， 使切屑细碎，刀具寿命延长，从而改善钢的切削性能。另外，铅也容易使切屑卷曲和起脆化 作用，改善断屑特性。铅易切削钢异向性小，故其机械性能比硫易切削钢好，一般多用于较 重要的结构件，广泛用作制造精密仪表零件、汽车零件、各类机械的重要零件。
[0004] 然而，如何控制钢中夹杂物的种类、形态、尺寸、数量及分布，从而使铸出的钢锭表 面质量好，如表面光洁，无疏松、无缩孔等的缺陷，并增加钢的致密度，细化晶粒，提高钢材 的塑性、韧性、横向机械性能，减小钢材的各项异性；同时生产效率也得到提高是一个重要 的研究课题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种含铅易切削刚的冶炼工艺。本发明所提供的冶炼工艺 所得到的钢锭表面质量好，如表面光洁，无疏松、无缩孔等的缺陷，并增加了钢的致密度，细 化了晶粒，提高了钢材的塑性、韧性、横向机械性能，减小了钢材的各项异性；同时提高了生 产效率。
[0006] 本发明所提供的含铅易切削钢的冶炼工艺，包括如下步骤：
[0007] (1)原材料的选择及加入方法：按照材料成分进行配料，使用工业纯铁作为原料， 在熔化前加入炉中；
[0008] ⑵装料：在坩埚底部装入占炉料重量2%?5%的底渣；
[0009] (3)熔化：装料完毕后送电熔化，熔化期使炉料迅速熔化、脱硫并减少合金的损 失，炉料中配入一定量的硅和锰并在渣中加入脱氧剂，钢液澄清后取样进行炉前分析C、Si、 Μη、P、S以及随炉料加入的合金元素和残余元素；
[0010] ⑷还原精炼：加入渣料成渣后，提升钢液温度，向新渣表面加入脱氧剂，钢液在 白渔层下保持10?60min;
[0011] (5)成分调整：由炉前取样进行全元素分析钢液成分，若有需要进行补料调整；
[0012] (6)出钢浇铸：出钢方式采用除渣出钢，浇铸采用模铸下铸法，浇铸时速度均匀；
[0013] (7)脱模和冷却：浇铸后静置、脱模，脱模后冷却；
[0014] (8)锻造开坯：钢锭开坯采用火焰加热，终锻温度控制在705?800°C，锻后空冷， 再结晶退火，将锻件加热到700?800°C，然后出炉在空气中冷却；
[0015] (9)电渣重熔：在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渔，自耗电极一端插入熔渣内。 [0016]其中步骤（2)中底渣的作用是熔化后覆盖在钢液面上，保护合金元素不被氧化， 并起脱硫作用。
[0017] 其中步骤（3)中熔化期的主要反应有碳、硅和锰的氧化及脱硫反应。炉料中配入 一定量的硅和锰并在渣中加入脱氧剂可防止碳的氧化。钢液熔清的标志是液面平静，无气 泡自钢液内部逸出。取样时在杯中放人少量铝粉脱氧，提高分析结果的准确性。
[0018] 其中步骤（9)中电渣重熔时强大的电流通过自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底 水箱通过短网导线和变压器形成的回路时，由于液态渣具有一定的电阻而产生渣阻热，由 此熔化自耗电极。被熔化的电极金属以熔滴形式通过渣池滴入溶池，从而在水冷结晶器中 自上而下地逐渐凝固成电渣锭。采用电渣重熔可使钢锭表面光洁，无疏松、缩孔等缺陷，增 加了致密度，细化了晶粒，提高了钢材的塑性、韧性、横向机械性能，减小了钢材的各项异 性。
[0019] 电渣重熔过程包括：重熔前准备，送电启动，重熔精炼、补缩，锭子处理等。
[0020] 重熔前准备。将Pb粉和Te粉混入油漆以便在自耗电极上涂刷粘结均匀，由于Pb和Te均有毒性，在重熔过程中采用排气装置。考虑冶炼过程中元素的烧损，按照成分配比， 每根电极棒需涂刷220克Pb粉和Te粉，本发明采用的渣量为3kg/43kg，即每根钢锭使用渣 量 3kg。
[0021] 送电启动。采用固渣启动，引燃前已在保护结晶器底水箱的引锭板上放好导电渣， 其配比为W(CaF2):w(Ti02) =50:50。
[0022] 正常重熔。在重熔过程中电极下端至金属溶池的中心区域温度最高可达1700? 1800°C。自耗电极经过约40min基本熔化，在此期间要监控重熔的电压、电流及水压、水温。 然后进行补缩，其作用在于减慢熔化速度，填充钢锭头部缩孔，避免加工时锭头中央开裂， 提高产品成材率。补缩操作在重熔结束前10?15min进行，结束重熔时，停止下放电极，令 其末端自行熔化，直到电极露出渣面并发生电弧时即可停电，约10?15min后锭子全部凝 固，用吊车将锭子全部从结晶器取出，除去渣皮，在空气中冷却。
[0023] 其中步骤（6)的出钢浇铸必须使铸锭工序准备完毕、剩钢桶烘烤良好、炉台和出钢 口清扫干净，才能出钢。除渣出钢即将炉渣除净后进行出钢和浇铸，浇铸时速度应均匀，不 能太快或太慢。该方法优点是钢液在锭模内能平稳上升，不会引起钢流飞溅，同时便于采取 保护浇铸措施，铸出的钢锭表面质量好，生产效率也较高。
[0024] 其中步骤（9)锻造完毕，切除有偏析、缩孔等缺陷的头尾，然后采用砂轮清理。该 步中为消除冷却中产生的应力和锻造过程中残余应力，必须进行再结晶退火。
[0025] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（1)中硅铁作为硅加入剂，在 熔清后与锰同时加入钢液，少量锰以锰铁的形式在熔清后与硅铁同时加入炉中，大量锰以 锰铁的形式在熔化后期加入。
[0026]优选地，铬以微碳铬铁形式加入，大部分含铬炉料随炉装入，微碳铬铁在熔化期末 分批加入钢液。
[0027]优选地，钥以钥条形式加入，含钥炉料在装料时加入炉内，少量含钥炉料在熔清后 加入钢液。钥在高纯铁素体钢中主要提高钢的强度和耐蚀性。钥料加入时应做到料块要小、 装入高温区、熔清后仔细检查炉底状况、加强搅拌。
[0028] 优选地，采用硫化亚铁增硫。用铝箔或铁皮包扎好插入钢液内部或加入钢流、钢包 中，即钢包加硫，回收率高而且稳定。
[0029] 优选地，铅和碲均采用电渣重熔加铅法。加入形式为粉末和油漆混合后涂刷在电 极棒上。
[0030] 优选地，造渣材料采用碱性坩埚通用炉渣。即其组成为：石灰70%?80%，萤石 20%?30%。
[0031] 优选地，使用铝块作为脱氧剂。
[0032] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（4)中所述脱氧剂为硅铁粉或 /和铝粉。脱氧剂可迅速降低渣中（FeO)含量，使炉渣呈白色。钢液在白渣层下保持一定时 间，为了使钢液含氧量下降以达到脱氧目的。
[0033] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（6)中所述出钢时温度为 1450?1650°C，优选1500?1600°C，进一步优选1550°C;
[0034] 所述浇铸时温度为1500?1600°C，优选1520?1550°C，进一步优选1525? 15300C；
[0035] 所述的烧铸速度为5min/ 5?10支锭，优选5min/ 6?9支锭，进一步优选 5min/ 8 支锭。
[0036] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（7)中所述的静置时间为5? 40min优选10?25min，进一步优选15?20min。
[0037] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（7)中所述的脱模温度为 600 ?850°C，优选 650 ?750°C，进一步优选 750°C。
[0038] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（7)中所述的冷却采用砂冷，即 在热砂堆中冷却。
[0039] 作为优选技术方案本发明所提供的冶炼方法，步骤（8)中加热方式为缓慢加热到 700?800°C，优选760°C，为防止晶粒粗大，加热温度不能太高，保温时间不能太长，然后快 速升温到始锻温度1000?1150°C，优选1040?1120°C。
[0040] 本发明所提供的含铅易切削刚的冶炼方法使得到的钢锭表面质量好，如表面光 洁，无疏松、无缩孔等的缺陷，并增加了钢的致密度，细化了晶粒，提高了钢材的塑性、韧性、 横向机械性能，减小了钢材的各项异性；同时提高了生产效率。
【具体实施方式】
[0041] 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施 例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0042] 实施例1
[0043] 本发明所提供的含铅易切削钢的冶炼工艺步骤如下：
[0044] (1)原材料的选择及加入方法：按照材料成分(表1中1#钢）进行配料，使用工业 纯铁作为原料，在熔化前加入炉中；
[0045] (2)装料：在坩埚底部装入占炉料重量2 %的底渣；
[0046] (3)熔化：装料完毕后送电熔化，熔化期使炉料迅速熔化、脱硫，炉料中配入一定 量的硅和锰并在渣中加入脱氧剂，然后取样进行炉前分析C、Si、Mn、P、S以及随炉料加入的 合金元素和残余元素；
[0047] (4)还原精炼：加入渣料成渣后，提升钢液温度，向新渣表面加入脱氧剂，钢液在 白渔层下保持30min;
[0048] (5)成分调整：由炉前取样进行全元素分析钢液成分，若有需要进行补料调整；
[0049] (6)出钢浇铸：出钢方式采用除渣出钢，浇铸采用模铸下铸法，浇铸时速度均匀； [0050] (7)脱模和冷却：浇铸后静置、脱模，脱模后冷却；
[0051] (8)锻造开坯：钢锭开坯采用火焰加热，终锻温度控制在750°C，锻后空冷，再结晶 退火，将锻件加热到750°C，然后出炉在空气中冷却；
[0052] (9)电渣重熔：在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渔，自耗电极一端插入熔渣内。
[0053] 实施例2
[0054] 本发明所提供的含铅易切削钢的冶炼工艺步骤如下：
[0055] (1)原材料的选择及加入方法：按照材料成分(表1中2#钢）进行配料，使用工业 纯铁作为原料，在熔化前加入炉中；
[0056] (2)装料：在坩埚底部装入占炉料重量5 %的底渣；
[0057] (3)熔化：装料完毕后送电熔化，熔化期使炉料迅速熔化、脱硫，炉料中配入一定 量的硅和锰并在渣中加入脱氧剂，然后取样进行炉前分析C、Si、Mn、P、S以及随炉料加入的 合金元素和残余元素；
[0058] (4)还原精炼：加入渣料成渣后，提升钢液温度，向新渣表面加入脱氧剂，钢液在 白渔层下保持60min;
[0059] (5)成分调整：由炉前取样进行全元素分析钢液成分，若有需要进行补料调整；
[0060] (6)出钢浇铸：出钢方式采用除渣出钢，浇铸采用模铸下铸法，浇铸时速度均匀；
[0061] (7)脱模和冷却：浇铸后静置、脱模，脱模后冷却；
[0062] (8)锻造开坯：钢锭开坯采用火焰加热，终锻温度控制在800°C，锻后空冷，再结晶 退火，将锻件加热到700°C，然后出炉在空气中冷却；
[0063] (9)电渣重熔：在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渔，自耗电极一端插入熔渣内。
[0064] 实施例3
[0065] 本发明所提供的含铅易切削钢的冶炼工艺步骤如下：
[0066] (1)原材料的选择及加入方法：按照材料成分(表1中3#钢）进行配料，使用工业 纯铁作为原料，在熔化前加入炉中；
[0067] (2)装料：在坩埚底部装入占炉料重量4%的底渣；
[0068] (3)熔化：装料完毕后送电熔化，熔化期使炉料迅速熔化、脱硫，炉料中配入一定 量的硅和锰并在渣中加入脱氧剂，然后取样进行炉前分析C、Si、Mn、P、S以及随炉料加入的 合金元素和残余元素；
[0069] (4)还原精炼：加入渣料成渣后，提升钢液温度，向新渣表面加入脱氧剂，钢液在 白渔层下保持IOmin;
[0070] (5)成分调整：由炉前取样进行全元素分析钢液成分，若有需要进行补料调整；
[0071] (6)出钢浇铸：出钢方式采用除渣出钢，浇铸采用模铸下铸法，浇铸时速度均匀；
[0072] (7)脱模和冷却：浇铸后静置、脱模，脱模后冷却；
[0073] (8)锻造开坯：钢锭开坯采用火焰加热，终锻温度控制在705°C，锻后空冷，再结晶 退火，将锻件加热到800°C，然后出炉在空气中冷却；
[0074] (9)电渣重熔：在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渔，自耗电极一端插入熔渣内。
[0075] 所得产品中成分分析见表1。
[0076] 表 1
[0077]
【权利要求】
1. 一种含铅易切削钢的冶炼工艺，包括如下步骤： (1) 原材料的选择及加入方法：按照材料成分进行配料，使用工业纯铁作为原料，在熔 化前加入炉中； (2) 装料：在坩埚底部装入占炉料重量2 %?5 %的底渣； (3) 熔化：装料完毕后送电熔化，熔化期使炉料迅速熔化、脱硫并减少合金的损失，炉 料中配入一定量的硅和锰并在渣中加入脱氧剂，钢液澄清后取样进行炉前分析C、Si、Mn、P、 S以及随炉料加入的合金元素和残余元素； (4) 还原精炼：加入渣料成渣后，提升钢液温度，向新渣表面加入脱氧剂，钢液在白渣 层下保持10?60min ; (5) 成分调整：由炉前取样进行全元素分析钢液成分，若有需要进行补料调整； (6) 出钢浇铸：出钢方式采用除渣出钢，浇铸采用模铸下铸法，浇铸时速度均匀； (7) 脱模和冷却：浇铸后静置、脱模，脱模后冷却； (8) 锻造开坯：钢锭开坯采用火焰加热，终锻温度控制在705?800°C，锻后空冷，再结 晶退火，将锻件加热到700?800°C，然后出炉在空气中冷却； (9) 电渣重熔：在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。
2. 如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（1)中硅铁作为硅加入剂，在熔清 后与锰同时加入钢液，少量锰以锰铁的形式在熔清后与硅铁同时加入炉中，大量锰以锰铁 的形式在熔化后期加入； 优选地，铬以微碳铬铁形式加入，大部分含铬炉料随炉装入，微碳铬铁在熔化期末分批 加入钢液； 优选地，钥以钥条形式加入，含钥炉料在装料时加入炉内，少量含钥炉料在熔清后加入 钢液； 优选地，采用硫化亚铁增硫； 优选地，铅和碲均采用电渣重熔加铅法； 优选地，造渣材料采用碱性坩埚通用炉渣； 优选地，使用铝块作为脱氧剂。
3. 如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（4)中所述脱氧剂为硅铁粉或/和 错粉。
4. 如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（6)中所述出钢时温度为1450? 1650°C，优选 1500 ?1600°C，进一步优选 1550°C ; 所述浇铸时温度为1500?1600°C，优选1520?1550°C，进一步优选1525?1530°C; 所述的烧铸速度为5min / 5?10支锭，优选5min / 6?9支锭，进一步优选5min / 8支锭。
5. 如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（7)中所述的静置时间为5? 40min优选10?25min，进一步优选15?20min。
6. 如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（7)中所述的脱模温度为600? 850°C，优选 650 ?750°C，进一步优选 750°C。
7. 如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（7)中所述的冷却采用砂冷，即在 热砂堆中冷却。
8.如权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，步骤（8)中加热方式为缓慢加热到 700?800°C，优选760°C，然后快速升温到始锻温度1000?1150°C，优选1040?1120°C。
【文档编号】C21C7/06GK104278158SQ201310293798
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】李飞 申请人:无锡成博科技发展有限公司